【文章內(nèi)容簡介】 功放的原理框圖如下圖所示，前級(jí)將頻率源送來的高頻已調(diào)信號(hào)放大到合適的幅度以驅(qū)動(dòng)功率級(jí)，并且由它的輸入匹配電路實(shí)現(xiàn)本機(jī)與頻率源的阻抗匹配。功率級(jí)負(fù)責(zé)將電源提供的的能量轉(zhuǎn)換為負(fù)載所需的交流信號(hào)能量，使得載波具有足夠大的發(fā)射功率。在把功率載波信號(hào)送至天線發(fā)射之前，一般還要先經(jīng)過低通濾波器，以提高發(fā)射的載波信號(hào)的頻譜純凈度。功率測(cè)量是功放的一個(gè)附加功能，方便使用者實(shí)時(shí)獲知當(dāng)前的發(fā)射功率。圖？原理框圖根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，要達(dá)到50%的效率，只能選用甲乙類或者丙類功放。丙類功放的效率比甲乙類功放效率高，但是帶寬窄，靈活性差，考慮到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性，采用甲乙類功放更有利于方便地將高頻功放模塊應(yīng)用于不同工作頻率的場(chǎng)合，因此本機(jī)采用甲乙類功放。本機(jī)的功率級(jí)即為輸出級(jí)，功率管工作在甲乙類狀態(tài)。專用的射頻功率MOSFET雖然性能良好滿足設(shè)計(jì)要求，但是價(jià)格相當(dāng)昂貴故使用價(jià)格低廉、容易獲得的HEXFET替代專用射頻功率MOSFET來設(shè)計(jì)功放部分。 硬件設(shè)計(jì)前級(jí)電路原理圖如下圖6所示，Q1采用的是中功率高頻三極管2N3866提供10倍幅度放大，輸出功率可達(dá)？W。圖6功率放大電路采用什么原理達(dá)到什么目的，滿足輸出功率大于1W的指標(biāo)要求。圖？功率級(jí)電路 (3) 低通濾波器與功率測(cè)量電路圖？低通濾波器與功率測(cè)量電路原理圖輸出濾波器按照五階巴特沃斯低通濾波器設(shè)計(jì)，截止頻率設(shè)定為40MHz。高頻功率放大電路采用雙面板設(shè)計(jì)，電路板安裝在鋁制的散熱器上，大面積散熱器保證MOSFET工作穩(wěn)定，散熱器同時(shí)連接地平面，PCB大電流走線做鍍錫處理，提高電路承載能力。利用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源（SUING TFG3150L）輸出標(biāo)準(zhǔn)正弦波信號(hào)到高頻功放前級(jí)輸入電路，對(duì)高頻功放進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試信號(hào)電平0～10dBm，～，測(cè)試結(jié)果如下：1　 有效輸出功率≤2W2　 HEXFET的功率增益約為8~10dB3　 輸出射頻信號(hào)的諧波抑制比約為26dB4　 輸出功率Po=2W時(shí)，整機(jī)的效率η≈40%5　 由于是線性功放，本機(jī)在其他頻段也可以工作，其他頻段下輸出功率與 與頻率的關(guān)系如圖？所示圖？為功率放大電路輸出信號(hào)，經(jīng)觀察信號(hào)無明顯失真，波形輸出穩(wěn)定。輸出諧波抑制比不低于32dB。圖？工作頻率與輸出功率關(guān)系圖在30MHz附近頻率與輸出功率的關(guān)系如圖？所示圖？30MHz附近的工作頻率與輸出功率關(guān)系圖圖22 與信號(hào)源相連接后射頻功放的輸出波形 與信號(hào)源部分連接測(cè)試結(jié)果用泰克示波器測(cè)試用于發(fā)射機(jī)的頻率合成器，測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)及輸出波形如下：圖21 用于發(fā)射機(jī)的頻率合成器測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)及輸出波形從輸出波形看，信號(hào)源輸出正弦波同樣看不到明顯的失真，輸出波形很穩(wěn)定。第6章 接收機(jī)的設(shè)計(jì)該系統(tǒng)中，接收機(jī)的主要作用是以信號(hào)源產(chǎn)生的正弦信號(hào)作為本振信號(hào)，采用超外差的方式將天線接收的調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行正確的解調(diào)，并將解調(diào)出的語音信號(hào)進(jìn)行功率放大，將解調(diào)出來的數(shù)字信號(hào)傳送到單片機(jī)進(jìn)行解碼。接收機(jī)框圖如圖2所示。圖4 接收機(jī)系統(tǒng)框圖本設(shè)計(jì)主要由以下三部分組成：；，采用并聯(lián)雙調(diào)諧回路設(shè)計(jì)中頻濾波器，中心頻率465KHz，帶寬50KHz，同時(shí)保證有較高的矩形系數(shù)；、FSK信號(hào)消抖及控制電路。從天線接收的是FM調(diào)制信號(hào)經(jīng)過阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)送入窄帶接收機(jī)芯片MC13135進(jìn)行解調(diào)， MC13135集成有調(diào)頻、中放及解調(diào)等模塊，中頻濾波器及鑒頻回路外接，本設(shè)計(jì)采用并聯(lián)雙調(diào)諧解調(diào)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)濾波。解調(diào)信號(hào)經(jīng)緩沖后低通濾波輸出，由于數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)共用同一信道，需要單片機(jī)進(jìn)行檢測(cè)控制分流，模擬信號(hào)送到音頻功放驅(qū)動(dòng)音響，還原語音信號(hào)，數(shù)字信號(hào)由滯回比較器消除抖動(dòng)和毛刺，轉(zhuǎn)換為數(shù)字電平后送入單片機(jī)解碼還原成文字。輸入端采用諧振回路實(shí)現(xiàn)選頻，同時(shí)使用電容阻抗變換，實(shí)現(xiàn)輸入阻抗匹配，天線輸出阻抗為75?，變換到MC13135混頻輸入阻抗4K?。電路如圖7所示圖7 射頻輸入阻抗匹配和選頻網(wǎng)絡(luò)采用MC13135芯片內(nèi)的第二級(jí)混頻器，中頻放大器和解調(diào)模塊，通過外接中頻濾波器及鑒頻網(wǎng)絡(luò)完成調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)。中頻濾波器及輸出信號(hào)的處理部分在下面具體介紹，混頻和解調(diào)部分電路圖如下所示：圖8 混頻及解調(diào)部分系統(tǒng)的指標(biāo)如接收機(jī)的帶寬，靈敏度，選擇性等都是由中頻濾波器保證，故中頻濾波器部分是該系統(tǒng)的重點(diǎn)。一般的FM接收機(jī)采用中頻陶瓷濾波器，陶瓷濾波器有很高的矩形系數(shù)，并且同頻帶內(nèi)信號(hào)幾乎無衰減，但是帶寬一般只有9KHz，數(shù)字信號(hào)要求通信系統(tǒng)有較大的帶寬，使用陶瓷濾波器將嚴(yán)重限制短波通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的傳輸，不滿足題目要求；采用有源濾波器或者無源濾波器不能保證較高的巨型系數(shù)和帶外衰減，選擇性較差。綜合考慮后，采用雙調(diào)諧回路設(shè)計(jì)中頻濾波器。 并聯(lián)雙調(diào)諧回路調(diào)諧回路采用并聯(lián)雙調(diào)諧形式，使用收音機(jī)中周做調(diào)諧回路，為了消除后級(jí)輸入電阻會(huì)影響濾波特性，所以采用一級(jí)運(yùn)放緩沖隔離，具體參數(shù)和電路如下圖所示：圖11 中頻濾波電路檢波輸出的信號(hào)經(jīng)過濾波之后，經(jīng)音頻功放集成電路SPY0030放大驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器[9]，SPY0030最大功率放大倍數(shù)為20倍。電路如圖4所示。圖中電位器R6可調(diào)節(jié)輸出功率。圖14 音頻功率放大 2FSK消抖電路調(diào)頻信號(hào)經(jīng)過解調(diào)還原成基帶信號(hào)，數(shù)字和語音信號(hào)共用該信道，通過單片機(jī)控制信號(hào)的分流。數(shù)字信號(hào)采用2FSK調(diào)制方式，解調(diào)后的數(shù)字信號(hào)因混入了噪聲，不能直接接入數(shù)字電路，需進(jìn)行濾波消抖處理后才能送入單片機(jī)進(jìn)行解碼，處理電路如圖？所示。消抖電路采用滯回比較器，因?qū)嶋H測(cè)試發(fā)現(xiàn)噪聲電平在200mV左右，故門限電壓取200mV?；鶞?zhǔn)電壓通過電位器和一個(gè)2KΩ電阻串聯(lián)分壓得到，便于調(diào)節(jié)。圖15 2FSK消抖電路為了檢驗(yàn)接收機(jī)性能，對(duì)接收機(jī)進(jìn)行自檢測(cè)試。自檢測(cè)試時(shí)，通信系統(tǒng)信號(hào)源給出的調(diào)頻信號(hào)，不經(jīng)過功率放大電路和天線，使用衰減器衰減后直接連入接收機(jī)，測(cè)試原理如圖16所示。圖18 測(cè)試原理低頻調(diào)制信號(hào)由信號(hào)源給出，對(duì)鎖相環(huán)模塊進(jìn)行調(diào)制，另一個(gè)鎖相環(huán)頻率合成模塊產(chǎn)生本振信號(hào)，頻率30MHz，兩路信號(hào)送給接收機(jī)模塊解調(diào)。低頻調(diào)制信號(hào)為方波圖19 解調(diào)輸出波形表5 接收波形測(cè)試發(fā)射單頻信號(hào)頻率/Hz接收機(jī)解調(diào)輸出信號(hào)效果500良好，無明顯失真，有毛刺1000良好，無明顯失真，有毛刺5000良好，有失真，有毛刺第7章 微控制器的實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)中，微控制器主要對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼、解碼；對(duì)信號(hào)源部分進(jìn)行信道轉(zhuǎn)換從而實(shí)現(xiàn)信道搜索功能。在整個(gè)系統(tǒng)中處于頂層位置。 碼型的選擇 傳輸碼型選擇的原則在本課題中，傳輸碼型的選擇主要考慮如下原則[3]：1．不含直流，且低頻分量盡量少。傳輸碼的功率譜密度中的直流成分在長距離傳輸情況下會(huì)衰減很大，并且信道中常常接入隔直電容和耦合變壓器，所以含有直流的碼型不適合在該長距離通信信道中傳輸。傳輸碼的功率譜密度中的低頻分量是由碼流中的“0”或“1”分布狀態(tài)來決定的，低頻分量小，說明“0”及“1”分布比較均勻，直流電平比較恒定，也就是信號(hào)基線浮動(dòng)小，有利于接收端判決電路的正常工作。2．應(yīng)含有豐富的定時(shí)信息，以便于從接收碼流中提取定時(shí)信號(hào)。數(shù)字通信系統(tǒng)中為了節(jié)省有限的頻帶資源，往往只傳送信碼，不單獨(dú)傳輸時(shí)鐘。因此在接收端，必須從收到的碼流中提取出定時(shí)信息，也必須限制線路碼流中同符號(hào)連續(xù)數(shù)不能太大，也就是說，應(yīng)避免長連“0”及長連“1”的出現(xiàn)，提高電平跳變的密度，使定時(shí)提取較為簡單。3．功率譜主瓣寬度窄，以節(jié)省傳輸頻帶。與模擬通信相比，數(shù)字通信所占系統(tǒng)頻帶較大。功率譜中僅含有較少的高頻分量，有利于其信號(hào)能量相對(duì)集中，功率譜主瓣變窄，節(jié)省傳輸帶寬，提高頻帶利用率，而且可以減少碼間干擾。4．不受信息源統(tǒng)計(jì)特性的影響，即能適應(yīng)與信息源的變化。這種與信源的統(tǒng)計(jì)特性無關(guān)的性質(zhì)稱為對(duì)信源具有透明性。5．具有內(nèi)在的檢錯(cuò)能力，即碼型應(yīng)具有一定的規(guī)律性，以便利用這一規(guī)律性進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。6．編譯碼簡單，以降低通信延時(shí)和成本。傳輸碼中的一種——曼徹斯特編碼，常用于局域網(wǎng)傳輸。曼徹斯特碼是一種典型使用自同步法保持位同步的線路碼型。在曼徹斯特編碼中，每一位的中間有一跳變，位中間的跳變既作時(shí)鐘信號(hào)，又作數(shù)據(jù)信號(hào)；從高到低跳變表示“1”，從低到高跳變表示“0”[4]。 常用碼型的基本原理這里，我們考察常用的碼型：曼徹斯特碼、AMI碼、HDB3碼，并根據(jù)上述碼型選擇的原則，從中選擇合適本課題的要求的傳輸碼型。圖5給出了這幾種碼型的編碼波形。圖 5 曼徹斯特碼、AMI碼和HDB3與NRZ碼的波形曼徹斯特碼又稱雙相碼（PE）[3]。從上圖中可以看出，它用一個(gè)周期的正負(fù)對(duì)稱方波表示“0”，而用其反相波形表示“1”。編碼規(guī)則之一是：“0”碼用“01”兩位碼表示，“1”碼用“10”兩位碼表示。AMI（Alternative Mark Inversion）碼的全稱為傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼。其編碼規(guī)則是將消息碼的“1”（傳號(hào)）交替地變換為“+1”或“1”，而將“0”（空號(hào)）保持不變。AMI碼對(duì)應(yīng)的波形是具有正、負(fù)、零三種電平的脈沖序列。它可以看成單極性波形的變形，即“0”仍對(duì)應(yīng)低電平，而“1”交替對(duì)應(yīng)正負(fù)電平。HDB3（ Order High Density Bipolar）全稱為三階高密度雙極性碼。HDB3碼是AMI碼的改進(jìn)碼型。HDB3的編碼規(guī)則是：。檢查AMI碼的連0串情況，當(dāng)沒有4個(gè)以上連0串時(shí)，則這時(shí)的AMI碼就是HDB3碼；： 四個(gè)連0用取代節(jié)000V或B00V代替，當(dāng)兩個(gè)相鄰“V”碼中間有奇數(shù)個(gè)1時(shí)用000V，為偶數(shù)個(gè)1時(shí)用B00V。B的符號(hào)交換反轉(zhuǎn)，V的符號(hào)破壞交替反轉(zhuǎn)原則，但相鄰V碼符號(hào)相反?；蚺c脈沖波形相同，用V或B表示的目的是為了示意該非“0”碼是由原碼的“0”變換而來。HDB3譯碼規(guī)則為:當(dāng)收到的符號(hào)序列中出現(xiàn)破壞點(diǎn)V，則斷定V符號(hào)及其前面的3個(gè)符號(hào)必是連0符號(hào)，從而恢復(fù)4個(gè)連0，再將所有1變?yōu)?1后便得到原消息代碼。圖6 曼徹斯特碼與NRZ碼的功率譜密度 曼徹斯特碼波形是一種雙極性NRZ波形，只有極性相反的兩個(gè)電平。它在每個(gè)碼元間隔的中心點(diǎn)都存在電平跳變，所以含有豐富的位定時(shí)信息，且沒有直流分量，且抗干擾能力強(qiáng)，編碼過程也簡單。根據(jù)上文所述的碼型選擇原則，